Determination of critical nitrogen dilution curve based on leaf area index for winter wheat in the Guanzhong Plain,Northwest China

Excessive use of nitrogen(N) fertilizers in agricultural systems increases the cost of production and risk of environmental pollution. Therefore, determination of optimum N requirements for plant growth is necessary. Previous studies mostly established critical N dilution curves based on aboveground dry matter(DM) or leaf dry matter(LDM) and stem dry matter(SDM), to diagnose the N nutrition status of the whole plant. As these methods are time consuming, we investigated the more rapidly determined leaf area index(LAI) method to establish the critical nitrogen(N_c) dilution curve, and the curve was used to diagnose plant N status for winter wheat in Guanzhong Plain in Northwest China. Field experiments were conducted using four N fertilization levels(0, 105, 210 and 315 kg ha-1) applied to six wheat cultivars in the 2013–2014 and 2014–2015 growing seasons. LAI, DM, plant N concentration(PNC) and grain yield were determined. Data points from four cultivars were used for establishing the N_c curve and data points from the remaining two cultivars were used for validating the curve. The N_c dilution curve was validated for N-limiting and non-N-limiting growth conditions and there was good agreement between estimated and observed values. The N nutrition index(NNI) ranged from 0.41 to 1.25 and the accumulated plant N deficit(N_(and)) ranged from 60.38 to –17.92 kg ha~(-1) during the growing season. The relative grain yield was significantly affected by NNI and was adequately described with a parabolic function. The N_c curve based on LAI can be adopted as an alternative and more rapid approach to diagnose plant N status to support N fertilization decisions during the vegetative growth of winter wheat in Guanzhong Plain in Northwest China.     

科尔沁草甸湿地土壤碳氮剖面分布及生长季动态特征

采用定位观测的试验方法,于2016年5-10月及2017年8月对科尔沁草甸湿地0~100 cm土层土壤有机碳、全氮剖面分布及生长季动态特征进行了实验分析,旨在为科尔沁草甸湿地保护提供科学指导并为干旱半干旱地区湿地土壤碳氮储量估算提供借鉴。结果表明:1)科尔沁草甸湿地土壤有机碳、全氮含量整体随土层深度下降,0~20 cm土层间下降显著,20 cm以下趋于相对稳定,范围分别为11.9~23.5 g·kg^-1和0.66~1.50 g·kg^-1。2)各土层土壤碳氮含量月间差异显著(全氮40~60 cm土层除外),变化幅度随土层深度先减小后增大;土壤碳氮密度(100 cm)生长季变化大于年际变化,有机碳密度全生长季呈上升趋势,范围为15.44~20.82 kg·m^-2,全氮密度生长初期明显下降,之后趋于相对稳定,范围为1.01~1.16 kg·m^-2。3)土壤有机碳含量与全氮含量呈极显著正相关;植被和水文是影响其分布、变化的关键因子。科尔沁草甸湿地生长季土壤有机碳、全氮密度变化较大,且表现为潜在的碳汇和氮源,但年际间碳汇潜力未充分发挥,本研究建议禁牧力度应加大并增加氮肥投入以提高科尔沁草甸湿地生态系统功能。     

抗旱节水小麦分子遗传育种研究进展

干旱缺水等自然灾害会导致小麦产量年度间变幅较大,尤其在小麦主产区黄淮地区更为严重。小麦抗旱节水育种是应对干旱的重大措施。本综述对小麦抗旱节水常规育种、抗旱节水分子遗传育种相关性状QTL定位、抗旱相关功能基因克隆鉴定、转基因等方面的研究进展进行了综述。水旱亲本杂交与异地交叉选择是卓有成效的常规育种方法,通过分子标记鉴定了关于根重、根长、胚芽鞘、高水分利用效率等相关性状的大量QTL;42个抗旱相关基因被克隆并进行基因功能分析和验证,均从不同代谢通路上影响着小麦抗旱性;14个来自不同供体的抗旱相关基因被研究者导入小麦品种后,转基因小麦植株的抗旱能力均得到不同程度的提高,部分植株在产量和其它抗逆性方面也得到提高。以上研究进展为抗旱节水小麦分子设计育种提供了理论依据和发展方向。     

灌浆温度和氮肥及其互作效应对稻米贮藏蛋白组分的影响

灌浆结实期温度与氮肥施用量是影响稻米品质的两个重要生态因子,尤其是与稻米蛋白含量及米饭食味关系密切。本文以多个水稻主栽品种为材料,通迆灌浆结实期的人工控温试验、大田长期定位点的施氮处理试验和盆栽条件下的温氮两因素复合处理试验,探讨了水稻灌浆结实期温度对稻米贮藏蛋白含量与组分影响及其有别于氮肥处理效应的差异觃律,幵分析了温度与氮肥两个因素对稻米贮藏蛋白及其组分影响的交互作用特点。结果表明,高温胁迫和增施氮肥均引起水稻籽粒总蛋白及其谷蛋白组分含量(%)的显著增加,但两者对稻米醇溶蛋白影响却存在明显差别。其中,高温处理引起醇溶蛋白含量显著下降,提高稻米谷蛋白/醇溶蛋白比值,而增施氮肥引起稻米谷蛋白和醇溶蛋白含量明显增加,但对谷蛋白/醇溶蛋白比值与贮藏蛋白各亚基的组成比例影响相对较小。在高温处理下,谷蛋白的57kD前体亚基组分含量有所提高,而37kD酸性亚基和22kD碱性亚基随温度处理的差异变化却因品种而异,且高温处理对水稻籽粒蛋白绝对含量(mg grain~(–1))的影响程度也进没有其对蛋白相对含量(%)的影响明显。高氮×高温处理组合对稻米总蛋白与谷蛋白含量的影响程度显著大于单一高温或高氮处理,但在高氮水平下由高温引起稻米醇溶蛋白含量的下降幅度却小于其低氮对照,有利于稻米醇溶蛋白含量在不同温度处理下的相对稳定。     

拔节后补灌对不同穗型冬小麦耗水和籽粒产量的影响

为探究拔节期和开花期不同补灌方案对不同穗型冬小麦耗水特性、籽粒产量和水分利用效率的影响，于2017-2019年在山东省泰安市以大穗型品种山农23和中多穗型品种山农29为试验材料，以拔节后无灌水(T1)为对照，设置拔节期补灌目标为0~20 cm土层相对含水率达100%田间持水率(T2)、拔节期和开花期补灌目标为0~20 cm土层相对含水率达100%田间持水率(T3)和拔节期补灌目标为0~40 cm土层相对含水率达100%田间持水率(T4) 3种补灌方案。结果表明，拔节后不同补灌方案对大穗型和多穗型小麦品种影响基本一致。与T1处理相比，T4处理显著提高了0~100 cm土层土壤相对含水率，使60~100 cm土层土壤相对含水率在开花期仍保持较高水平；T3处理显著提高了拔节期0～60 cm和开花期0~40 cm土层土壤相对含水率。与T3处理相比，T4处理的拔节至开花阶段耗水量增加了28.9%，其中对上层土壤总供水的表观消耗量增加了66.4%；T4处理在开花至成熟阶段对深层土壤总供水的表观消耗量增加了68.0%，对上层土壤总供水的表观消耗量降低了37.4%。在开花至成熟期降水较多(121.2 mm)的年份，T4处理的开花至成熟阶段耗水量、开花后旗叶净光合速率和籽粒产量相对于T3处理均无显著变化，但总耗水量较高，水分利用效率显著降低；在开花至成熟期降水较少(45.2 mm)的年份，T4处理的开花至成熟期的阶段耗水量、开花后旗叶净光合速率、籽粒产量和水分利用效率较T3处理均显著降低。因此，在小麦全生育期降水量为111.6~220.2 mm、开花后降水量为45.2~121.2 mm的条件下，大穗型和中多穗型小麦品种均以在拔节期和开花期将0~20 cm土层补灌至100%田间持水率的补灌方案最优，可同时实现高产和高水分利用效率。     

施氮量对柳枝稷叶片叶绿素荧光特性及干物质积累的影响

研究施氮量对柳枝稷叶绿素荧光特性及干物质积累的影响,对提高盐碱地柳枝稷光能利用效率及生物质产量具有重要意义。在宁夏银北地区采用大田试验,以Cave-in-Rock品种柳枝稷为供试材料,在无氮添加(0 kg·hm^-2,N₀)、施低氮(60 kg·hm^-2,N₆₀)、中氮(120 kg·hm^-2,N₁₂₀)和高氮(240 kg·hm^-2,N₂₄₀)共4个施肥水平下,比较了开花期和成熟期柳枝稷叶片叶绿素荧光参数和干物质积累动态变化,采用灰色关联度分析法对柳枝稷叶片叶绿素荧光参数与干物质积累量进行研究。结果表明:与N₀相比,在N₆₀、N₁₂₀和N₂₄₀处理下柳枝稷开花期和成熟期叶片PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)、PSⅡ实际光化学量子效率(Φ_PSⅡ)、潜在活性(F_v/F_o)、光化学猝灭系数(qP)、非光化学猝灭系数(NPQ)和干物质积累量均显著性提高,在N₂₄₀处理下达到峰值,而热耗散量子比率(F_o/F_m)显著性降低。在柳枝稷开花期,随着施氮量的增加,柳枝稷叶片PSⅡ潜在活性(F_v/F_o)显现出先上升后逐渐下降的总趋势。在N₁₂₀处理下柳枝稷叶片PSⅡ潜在活性(F_v/F_o)最大,为3.13,较N₀处理显著提高了16.26%。柳枝稷干物质积累量随着生育时期的推进和施氮量的增加,均有不同程度的提高,其中在开花期至成熟期,干物质积累缓慢,在灌浆期达到最大,成熟后期略有降低。柳枝稷成熟期干物质积累量在N₂₄₀处理下最高,每穴干物质积累达378.13 g,较N₀、N₆₀和N₁₂₀处理显著提高了24.33%、20.09%和7.24%。灰色关联度分析结果表明,在本试验条件范围内,N₂₄₀处理下加权关联度与理想施肥水平的关联度最大,有利于促进PSⅡ的光化学活性,从而提高柳枝稷干物质积累量。     

混播比例和施氮肥对箭筈豌豆/燕麦草地根系特性的影响

豆科和禾本科牧草混播是栽培草地的重要模式之一,能显著改善土壤,提升系统可持续生产能力。牧草根系是土壤有机质返还的重要来源,但混播草地中牧草根系特性的变化尚不清楚。以箭筈豌豆和燕麦草地为对象,研究了不同施氮肥水平和混播比例下其根生物量、根性状的变化。结果表明:1)混播比例和施氮肥对草地根生物量和根性状有显著交互作用,混播草地根生物量显著大于单播;与高氮肥处理相比,根生物量在低、中氮肥处理下更高;高氮肥对根长、比根长、根表面积和比根面积在植物生长前期表现为抑制作用,在生长后期随混播中箭筈豌豆比例的增大,抑制作用减轻。2)混播条件下土壤硝态氮含量大于单播,而土壤铵态氮含量仅在乳熟期时大于单播,且随混播中箭筈豌豆比例增大,矿质氮含量增加;施氮肥对0~30 cm土层中的矿质氮含量有显著影响,其含量在施氮肥100 kg·hm^-2下最高,不施肥下最小。3)根生物量与土壤硝态氮含量间显著正相关,根长、根表面积、根体积与土壤硝态氮含量间显著负相关。综上,混播中箭筈豌豆比例的增加有助于改善土壤矿质氮,优化混播草地根性状。     

喀斯特山区不同土地利用方式下石灰土化学风化特性

研究喀斯特山区不同土地利用方式（耕地、荒草地、退耕还草地和林草间作地）石灰土剖面化学风化特征，探讨矿质元素在石灰土剖面的分布、迁移和富集特征，从不同土地利用方式下土壤风化度，元素淋溶度、迁移度和残积度的角度分析土壤化学风化特征。结果表明：喀斯特山区石灰土剖面氧化物含量以SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃为主，其他氧化物含量相对较低，均属于中等变异元素，SiO₂、Al₂O₃、MgO含量以荒草地较高，CaO、Na₂O含量以林草间作地较高，Fe₂O₃、MnO、P₂O₅、K₂O以耕地较高；研究区土壤处于中等化学风化阶段，富铝化程度弱，不同土地利用方式下荒草地土壤化学蚀变系数较强，林草间作地土壤富铝化程度较高；研究区土壤K、Na、Ca淋失严重，荒草地盐基离子淋失明显，林草间作地盐基离子淋失程度相对较低；土壤Fe、Al相对富集明显，残积程度高，林草间作地Al含量积累明显，退耕还草地Fe含量富集显著；实施“退耕—还草”等增加植被覆盖度的治理模式对土壤的保护作用显著。     

基于纳米碳添加的减量施肥模式对寒地水稻产量及氮肥效率的影响

为解决减量施肥造成北方寒地水稻肥料供给不足和产量低的问题,以纳米碳增效剂为材料,采用仪器快速检测和植株常规测定分析方法,研究纳米碳添加的常规施肥和减量施肥模式对水稻产量性状和肥料利用效率的影响。结果表明：与常规施肥(CK)相比,纳米碳添加的常规施肥模式(SM-A)、减施氮肥10%(SM-B)和减施氮肥20%(SM-C)对水稻植株形态特征、光合生理特性、产量性状和肥料利用效率产生显著的影响,其中以SM-B增幅最大,SM-A次之,SM-C最小;SM-A、SM-B和SM-C增加经济效益分别为563.56、1374.20和-1391.08元/hm ²,以SM-B增效值最高。本研究表明,SM-B能改善生育期光合生理特性,提高植株产量和肥料利用效率,是寒地水稻较为理想的减量施肥安全利用模式。     

拔节期氮肥运筹对不同滴灌量下冬小麦光合特性及产量的影响

为探明拔节期氮肥运筹对不同滴灌量下冬小麦光合特性及产量的影响,在大田滴灌技术条件下,以‘新冬41号’为试验材料,研究4种拔节期氮肥运筹处理[N0(0 kg/hm²)、N1(90 kg/hm²)、N2(180 kg/hm²)、N3(270 kg/hm²)]对3种不同滴灌量[W1(1500 m³/hm²)、W2(3000 m³/hm²)、W3(3450 m³/hm²)]下冬小麦叶绿素含量（SPAD值）、叶面积指数(LAI)、叶片光合特性及产量的影响。结果表明,在3种滴灌量下各氮肥处理冬小麦拔节至乳熟期叶片SPAD值均呈“先增后降”的变化规律,最大值均在灌浆期;LAI呈现“先增后降”的变化规律,在孕穗期达最大。在同一施氮水平下,滴灌量增加,叶片的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)均增加,而胞间CO₂浓度(Ci)则降低。滴灌量较低时（W1处理）,增加拔节期施氮量能有效提高滴灌冬小麦的有效穗数、穗粒数、千粒重、产量和收获系数;水分充足时（W2、W3处理）,增加拔节期施氮量反而不利于产量的提高。综合考虑各项产量指标及氮肥利用效率得出,在滴灌量3000 m³/hm²条件下,拔节期施氮量180 kg/hm²时,滴灌冬小麦籽粒产量较高,氮肥利用率最大,可供生产参考。